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「酸」「塩基」という言葉は日常的に使用されるが、「その定義(＝酸性or塩基性を持つとはどういうことか)を述べろ」と言われればどうするだろうか。
　自然科学を専門としない人の多くは、中学時代の理科の知識から、
「水に溶けた時に電離して水素イオン(H+)を生じる物質が酸、水酸化物イオン(OH-)を生じる物質が塩基」と答えると思われるが、実はこれだけでは不正解、というよりは不十分である。
　というのも酸と塩基の定義は、自然科学の歴史上その定義域を拡大する方向で見直され続けてきたためにいくつかがあり、
上記の回答例はそのうちの1つに過ぎないからである。*1
　以下に今日における重要な3つの定義を簡単に述べる。

アレニウス(Arrhenius)の定義

　「水中で電離してオキソニウムイオン(水素イオン+水分子、H3O+)を生じる物質が酸、水酸化物イオンを生じる物質が塩基」

　スウェーデンの科学者スヴァンテ・アレニウスにより提唱された最も古典的な定義の1つであり、ご覧の通り上記の回答例そのもの。日本の義務教育で扱う酸と塩基はほぼ例外なく水溶液に関するものなので、全ての日本人が1度は耳にしているはず。
　酸性水溶液と塩基性水溶液の中和反応をスマートに説明できるが、水溶液にしか適用できない，電離でプロトンや水酸化物イオンを生じない水溶性物質*2が酸性・塩基性を示す説明ができないという欠点がある。
　塩基のことをアルカリと呼ぶこともあるが、これはアレニウスの定義でのみ使える言葉。

ブレンステッド・ローリー(Brønsted-Lowry)の定義

　「プロトン(=水素イオン)を他の物質へ与える物質が酸、酸からプロトンを受け取る物質が塩基」

　デンマークの化学者ヨハネス・ブレンステッドと、イギリスの化学者トマス・ローリーによって提唱された*3定義。
　高等学校の化学では必ず触れるので、大学の自然科学系部出身，在学or志望の人間であれば必ず聞いたことがあるはず。
物質間のプロトンのやり取りのみに注目しているため、この定義における酸・塩基とはあくまで物質間の相対的な役割を示している。
つまり同一の物質であっても、対となる物質次第で酸にも塩基にもなるということである。
この定義に基づけば、酸・塩基の水溶液中においては、溶媒である水が溶質に合わせて適宜対の役割を担うと見なせるため、
先述のアンモニアのような例*4を矛盾なく説明できる。
また物質が電離しているかどうかは問題ではないため、水以外の溶媒や、それどころか溶媒が存在しない反応系での反応においても酸・塩基を定義可能。
しかし世の中にはプロトンの移動すらなしに酸塩基反応の特徴を示すような反応も多々あり、この定義を以てしても全ての「酸・塩基反応」を論ずることはできない。

ルイス(Lewis)の定義

　「非共有電子対を他の物質から受け取る物質が酸、酸へ非共有電子対を供給する物質が塩基」

　アメリカの化学者ギルバート・ルイスによって提唱された比較的新しい定義。
　ブレンステッド・ローリーの定義を基盤にしつつ、更に非共有電子対に注目したことでその定義域を更に拡げている。
どのくらい拡がるかと言うと、先述した2つの定義における酸・塩基は、いずれもルイスの定義の特殊例と見なせるくらいである。
更には「ルイス酸とルイス塩基を反応させて合成されたブレンステッド酸」もあるし、
「複数の物質を、ある物質に対するルイス塩基としての強さ順に並べたら、ブレンステッド塩基としての強さ順とは真逆になった」なんて例もある。しかもザラに。

　なお、一般的に酸・塩基と言った場合は、大抵はブレンステッド・ローリーの定義のそれを指すと思われるので、
本項における酸・塩基はこれ以降は説明が無ければブレンステッド酸・塩基とし、それ以外の定義の場合は○○酸・○○塩基と記述する。

強酸・強塩基と弱酸・弱塩基

　ある物質の酸としての強さは、その酸解離定数Kaを指標に論じることが出来る*5。
酸解離定数とは、溶液が平衡状態にある時に、溶質分子(酸)がどの程度電離しているか、すなわちどの程度溶媒分子へプロトンを渡しているかを示す平衡定数であり、その大きさは物質の種類と反応系の温度、及び溶媒の種類に依存する。
酸HAが
HA ←→ H+ + A-*6
と解離するとき、成分Xの濃度を[X]と表すことにして、
Ka=[H+][A-]/[HA]
と表わされる。「平衡」というのは「酸HAがH+を離してA-になる→向きの反応と、A-がH+を受け取ってHAに戻る←向きの反応が両方起こっているが、その速度が等しいためどの成分も一定の量になっている」ということ。
すなわち、反応系の温度や溶媒といった諸々の条件が同一であるならば、このKaが大きい程、その物質は酸としての働きが強いことを意味する。
なおKaは桁数が大抵アホみたいに多いので、普通は常用対数 -log Ka = pKaを取って表す。この場合、強い酸ほどpKaの数値は小さくなる。
一般的には水中で完全に解離していると見なせる、すなわちほとんど→向きの反応となる物質を強酸，ほんの僅かしか解離していない、すなわちほとんど←向きの反応となる物質を弱酸と言う*7。

なお、ルイス酸・塩基の強弱はブレンステッド酸・塩基のプロトン移動平衡のように全ての物質について適応できる単一の尺度で論じれない*8こと、
一般的に使われる酸・塩基の強弱の意味からもしばしば外れること*9から、ここでは深くは突っ込まない。

水平化効果と強酸・強塩基の強さランキング

　先述の通りKaの大小を比較することで酸としての強さを比較できるのだが、これが可能なのはあくまで弱酸同士の場合のみである。
何故なら強酸の場合は完全に解離していると近似可能なため、例えば水溶液中ならば全ての強酸は水分子にプロトンを与えてオキソニウムイオンを生じさせ、結果として水溶液中での挙動が全く同じものと見なせてしまう為である。
このため、水溶液中に存在できる最も強い酸はオキソニウムイオンであり、言い換えれば水にはオキソニウムイオンよりも強い酸を一律にオキソニウムイオンの強さまで弱体化させる性質があると見なせる。これを水平化効果と言う。
ただ、酸解離定数は溶媒に依存するため、強酸であっても水より塩基性が弱い溶媒中では弱酸の挙動を示し得るため、強酸同士でもどちらか、あるいはどちらも弱酸の挙動を示す溶媒中で実験を行えば両者の相対的な強弱を比較可能である*10。

　参考までに著名な酸の強さランキングを酸解離定数により示してみると、概ね以下の様になる。

塩化水素(HCl)＞希硫酸(H2SO4：第一段階の解離)＞希硝酸(HNO3)>>(強酸と弱酸の壁)>>
フッ化水素(HF)＞蟻酸(HCOOH)*11＞酢酸(CH3COOH)＞炭酸(H2CO3)＞次亜塩素酸(HClO)*12

溶液の酸性、アルカリ性の強さ決定

　とある溶液の酸性，アルカリ性と言った液性の強さは、その溶液中における酸や塩基の種類，モル濃度，溶媒の種類等の諸々の条件から評価される。
　代表的な評価方法に以下のものがある。

水素イオン指数(pH)

　デンマークの化学者セーレン・セーレンセンが提唱した、水中のプロトン濃度*13の常用対数を用いた水溶液の酸性度の評価方法。単にpHともいわれる。英語ならピーエイチ、ドイツ語ならペーハー。基本的に現在は前者。
　環境評価などにおいて現在世界的に広く用いられており、その馴染みの深さゆえか万能の評価方法と思われがちだが、実は生命体の体液や雨水レベルの比較的薄い水溶液にしか適用できない*14ため、使いどころを考えなくてはならない。
pHの具体的な定義と評価基準、特長と弱点は以下の通り。

定義：pH＝-log aH+≒-log[H+]*15

　・評価基準：中性ならpH＝7*16。これより小さいと酸性，大きいとアルカリ性。
　　常用対数をとっているため、pH差が1＝濃度差が10倍となる。
　・特長
　　・定義や評価基準が単純明快で、扱いやすい。
　　・濁液でも直接測定が可能。
　　・僅かなプロトン濃度の差が反応系に及ぼす影響の研究において、強力な手掛かりになる。
　・弱点
　　・定義上水溶液以外には適用不可。
　　・高濃度の溶液の場合、意味のある値の測定はほとんど不可能。1 ≦pH≦13程度である必要がある。
　　・薄すぎる溶液の場合、活量≒濃度の近似が成り立たなくなる*17。
　　・空気中で容易に値が激しくブレるので、反応系のpH維持には適切な緩衝液が必須。
　　・一般的なガラス電極測定の場合、常温常圧でpH≧11付近から誤差が大きくなる。

　さて、ここまで述べたことで分かるように、pHは希薄水溶液の詳細な液性判定には便利だが、
高濃度の溶液の持つ純粋な液性の強さ、すなわち「純粋なプロトン供与・受領能力」を評価するには向かない。
　そのため、それを評価するための方法が開発されている。

ハメットの酸度関数(Hammet acidity function：H0)

　アメリカの物理化学者ルイス・ハメットが提唱した、溶液の酸性・塩基性を定量的に評価するための方法。
ここでいう酸性・塩基性の強さとは、物質の純粋なプロトン供与・受領能力のみをいい、それ故溶液の組成に固有の数値として算出される。
　詳細は割愛するが、定義と評価方法は以下の通り。

定義： H0 ＝pK(BH+) + log([B] / [BH+])

　ただし、B：指示薬とする弱塩基，BH+：Bの共役酸*18，pK(BH+)：BH+の酸解離定数、すなわち BH+ ←→ B + H+となるとき
pK(BH+)=-log([B][H+]/[BH+])

測定方法：使用するBについてpK(BH+)を調べておき、[B]と[BH+]の比を吸収スペクトルなどによって測定。
評価基準：H0が小さい程プロトン供与能力、すなわち酸性が強い。

　pH同様常用対数を取っているので、H0差が1＝酸性の強さの差は10倍となる。
なお、pHが1~13の範囲ならば、pH≒H0なので、pHと直接比較が可能。

　これを用いることで、pHでは対応できない高濃度の酸や非水溶媒の酸は勿論、混合溶液，混合溶媒の酸においても一律に酸性の強さを評価できる。
　濃度による値の変化が大きく、参考までに硫酸のH0を純度ごとに比較すると、
　希硫酸(質量濃度10%)ならH0 ≒-0.31だが、濃硫酸(質量濃度96％)ならH0 ≒-9.88、100%純粋な硫酸ならH0 ≒-11.9にも達する。
　だが世の中には、この純硫酸すら超える強力な酸が存在する。
「超強酸(スーパーアシッド)ってやつか……」

超強酸(Super acid)

　純度100％の硫酸以上にプロトン供与能力の高い、言い換えればH0 ≦-12となる物質の総称。
　その強力に過ぎるプロトン供与能力故に、炭化水素や希ガス，更には通常なら酸と見なされる物質すらも「塩基」扱いしてプロトンを与えてしまえる。
　以下は代表的な超強酸。なお、ハメット関数の値は文献によってズレがあり、後述の値が普遍的に正しいわけではないことを追記する。

純硫酸(H2SO4)：H0 ≒-11.9

　常温常圧では無色のドロリとした液体であり、超強酸の基準となる物質。
　硫酸分子の自己プロトリシスと脱水縮合，更には脱水縮合体と硫酸分子の酸塩基反応など、
単一分子のみの系で複数の酸塩基反応を起こし、結果として途轍もない強酸性を示している。
　強酸性以外にも腐食性，脱水性があり、人体に対して非常に有害。
　また水へ溶かした時に発生する反応熱も約103.2 kJ/gと非常に高い*19ので、水で希釈するだけでも注意を要する。

フルオロスルホン酸(FSO3H)：H0 ≒-15.1(純硫酸の約1580倍)

　粘性の比較的低い無色の液体で、硫酸のヒドロキシ基（水素原子1個と酸素原子1個の組）を1つフッ素原子に置換した物質。
　ほとんどの有機化合物のみならず、弱いブレンステッド酸にもプロトン供与が可能。
　例によって毒性，腐食性が高いので、人体に対する有害性は高い他、
水と反応すると加水分解によりこれまた猛毒のフッ化水素ガスを発生させるため、この点は硫酸より厄介。
　ちなみにクリスタルガラスのエッチング剤としても使われる。

カルボラン酸(H-CHB11Cl11)：H0 ≒-18.0(純硫酸の約100万倍)

　11個のホウ素原子と1個の炭素原子で組まれた20面体型の骨格に合計12個の原子が結合してできたクラスター陰イオンと、1個のプロトンで構成された物質の総称。
　上記の構造式のカルボラン酸は、その中でも代表的なもののそれである。
　アメリカの化学者クリストファー・リードの研究チームにより初めて合成され、報告されたのは2004年とかなり最近ながら、
単一化合物としては現在地上最強の酸であり、二酸化炭素(CO2)やフラーレン(C60)と直接酸塩基反応を起こせる唯一の物質である。
　一方でクラスター陰イオンの安定性から強酸にありがちな腐食性には乏しいため、多方面への応用が期待される。
　ただ2010年になってリード研究室が合成の詳細なプロセスを発表したものの、
合成にはかなり特殊かつ厳密な環境を実現する設備が必要、手順も多段かつ複雑、原料物質は猛毒、
あまつさえ合成後の精製は手間も難易度もそれ以上ととんでもなくめんどくさいことが判明しており、研究対象とする敷居は大分高い模様。

マジック酸(Magic acid)：H0 ≒-19.2(純硫酸の約2000万倍)

　先述のフルオロスルホン酸と、強力なルイス酸である5フッ化アンチモン(SbF5)を、モル濃度比1：1でブレンドした混酸で、常温常圧では液体。
溶液中ではアンチモン原子がルイス酸としてフルオロスルホン酸の酸素原子に作用することで、
[FO2SO-SbF5]-と[F5Sb-OS(FO)-O-SbF5]-の2種類の陰イオンが8:2で存在している。
　アメリカの化学者ジョージ・オラーの研究チームによって開発された超強酸であり、
名前の由来は、オラー研究室のメンバーが、1966年のクリスマスパーティーの直後、この超強酸にケーキに立てたロウソクをふざけて入れてみたところ、
そのロウソクを魔法でも使ったかのごとくあっという間に溶かしてしまったのを見たため。
　純硫酸との酸性度の差は、この人と、フルパワーを発揮したこの方くらいの差があり、もはや何が何だかであるが、更にこの上が存在する。

フルオロアンチモン酸(Fluoroantimonic acid)：H0 ≒-28.0(マジック酸の約6億3000万倍，純硫酸の約1京倍)

　強力な酸である純フッ化水素*20と5フッ化アンチモンの混酸で、常温常圧で無色の液体。
　H0はSbF5のブレンド比で変わり、上記の値はモル濃度比1：1のものである。
　現在確認されている中では、紛れもなく地上最強の酸。
　溶液中ではアンチモン原子がフッ化水素からフッ素原子を剥ぎ取り、安定な陰イオン[SbF6]-を形成し、これにプロトンが配位結合しているのだが、
このプロトンは「naked(スッポンポン)」と表現されるほど陰イオンとの結合が脆弱であり、これが地上最強の所以となっている。

純硫酸「フッ化水素というのはやはり底知れぬ酸性力を秘めているようですね……
　　　　濃度を高めるたびにハメット関数値が大きく向上する……」
　　　「もちろんわたしにかなうわけありませんが　未来のことも考え今のうちに芽を摘んでおかねば…」
　　　「超強酸(スーパーアシッド)になられてはやっかいですからね…」

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ピーエイチ派？ペーハー派？後者はだいたいおじさんな気がする -- 名無しさん (2019-04-18 21:55:01)
なるほど全然分からん -- 名無しさん (2019-04-18 22:42:40)
さすがにこれ見てわからないってコメントしてる人は不味い気がする･･･マジック酸より強い酸があるなんて知らなかった -- 名無しさん (2019-04-18 23:03:32)
すまねえ、理科は（中学生の頃から）さっぱりなんだ -- 名無しさん (2019-04-18 23:25:00)
というより日常生活なら酸・アルカリで十分だ。 -- 名無しさん (2019-04-18 23:27:49)
フィクションの殺人犯やヤクザの死体処理なんかで「酸で全部溶かす」という展開がよく出るけど、実際には酸だけだと全部溶かすのは困難だから先に強塩基槽で肉を溶かしてから残った骨を酸で溶かすのがリアリティ溢れるやり方らしいね。クリーチャーや怪獣が吐く強酸性溶解液も肉体への作用は溶かすというより焼く -- 名無しさん (2019-04-18 23:47:31)
うーんすさまじく目が滑る　わかりやすく書いてるし、へぇ～となるのだが　 -- 名無しさん (2019-04-19 00:51:58)
努力は認めるけどここアニヲタwikiなので……。無遠慮なことを言うけど、要するに記事の笑わせどころは超酸についてなんだから、「酸・塩基」ではなく最初から「超酸」の記事にして、定義なんかは化学の教科書に任せるか、脚注程度に留めるか、あるいは一切書かないほうがよい記事になると思う。 -- 名無しさん (2019-04-19 02:19:36)
学生時代自分がどれだけ化学苦手だったかを思い出しながら読んだが、若干注釈が足りないと思う。平衡状態とか、平衡定数とか。 -- 名無しさん (2019-04-19 03:50:29)
超酸があるなら超塩基はないの？ -- 名無しさん (2019-04-19 05:47:24)
↑いちばん上、現在は「ピーエイチ」で統一されてるんじゃなかったっけ -- 名無しさん (2019-04-19 09:16:37)
↑2 ウィキ見る限り概念自体はあるみたいだが、定義が曖昧な感じだな。 -- 名無しさん (2019-04-19 10:40:04)
フィクション全般での酸・塩基の扱いとかあってもいいかも。本当にキリがなくなる可能性がありますが… -- 名無しさん (2019-04-19 12:12:09)
エイリアンの体液は空想科学的にはどのくらいの強さの酸なのか気になる -- 名無しさん (2019-04-19 12:53:53)
クッソ汚い項目から真面目な項目まで何でもあるな -- 名無しさん (2019-04-19 20:22:46)
↑8アニヲタwikiって笑いどころがないとよい記事じゃないみたいな不文律でもあるの?アニメについてのものじゃないんだから超まじめなだけの記事があってもいいでしょうに。 -- 名無しさん (2019-04-19 21:17:54)
「あらゆるものを溶かす超強力な酸」はよく登場するが「超強力な塩基」は出てこないな -- 名無しさん (2019-04-19 21:26:42)
↑２あって悪いとは言ってないよ。でも更新一覧を見れば、どんな記事が場に適してるかというのはすぐ分かるし、学術的にみて落第な記事をむしろ基本とするのがアニヲタwiki。つまりクソ真面目は「良」では無いと思われる。不文律というならその通りでしょう。 -- 名無しさん (2019-04-19 22:36:19)
↑Linuxディストリビューションが許してもらえてるしこういうのもあっていいと思う -- 名無しさん (2019-04-19 23:19:55)
言っちゃ悪いけど君空気が読めないって周りから言われない？大丈夫不安になってきたよ -- 名無しさん (2019-04-19 23:53:13)
まじめ君はアンサイクロペディアを100回くらい読んでどうぞ -- 名無しさん (2019-04-20 01:21:28)
いきなり「努力は認める」って上から目線な言い方から入ってるのも変だし、(pHや)H0の定義は超酸のすさまじさを説明するのに一役買ってるわけだから書かない方がいいと言い切れるもんじゃないでしょ。それと「学術的にみて落第な記事をむしろ基本とする」として、そうでない記事が即良くないものとはならないだろ -- 名無しさん (2019-04-20 05:06:39)
高校まではピーエイチだったけど、専門学校だとペーハーで呼ばれてるな -- 名無しさん (2019-04-20 07:19:29)
塩基とアルカリの違いがよく分からない -- 名無しさん (2019-04-20 18:21:19)
↑7ほかの記事を見ても、アニメなどのまじめに解説している記事があるし、これも十分場に適していrと思うが。↑4アニヲタwikiってアンサイクロペディアみたいに全部全力でふざけているようなところか? -- 名無しさん (2019-04-20 18:37:50)
ユーモアが足りんなあ、コレじゃまるで本家の頭堅い奴らみたいだな -- 名無しさん (2019-04-20 21:19:33)
↑3 アルカリはアレニウス塩基のこと。アレニウスなら塩基アルカリどっちも同義だけど、ブレンステッドやルイスで話をするなら塩基という言い方しかできない -- 名無しさん (2019-04-20 22:40:41)
どこからがガラスを溶かせるのかな？ -- 名無しさん (2019-04-23 14:27:42)
↑3ユーモア=独特だからアニメ関連の記事が多い中でのこの記事は独特だからかなりユーモアが足りていると言える。 -- 名無しさん (2019-04-28 19:48:27)

#comment

*1 同時に上記の質問も漠然と「定義を述べろ」としか聞いていないあたり、いささかイジワルと言える。
*2 例えば二酸化硫黄(SO2)やアンモニア(NH3)が該当
*3 共同研究ではなく、各々が独自に辿りついている
*4 この場合は水が酸となってプロトンを放出し、アンモニアが塩基としてそれを受け取ることで、結果として水酸化物イオンが水中に存在することになる
*5 先述の通り酸塩基反応において物質のイオン解離は必須ではないので、このように表現していいのは水などの誘電率の大きい溶媒中に限った話になるが。
*6 正確には右向き左向きの2つの矢印を上下に重ねる
*7 塩基についても、上記のKa→塩基解離定数Kb，渡す→受け取ると言い換えることで同様に強塩基，弱塩基を決定できる。
*8 この話にまともに突っ込むと、酸塩基の硬軟，標準反応エンタルピーやらと、大学の専門科目レベルの話になってくる。
*9 もっとも、それこそがルイスの定義の汎用性の高さの証明でもあるが
*10 勿論、塩基についても上記の文において、Ka→Kb，酸→塩基，塩基→酸，与えて→受け取って，オキソニウムイオン→水酸化物イオンと適宜言い換えることで同様に説明可能。
*11 ハチやアリの毒の構成成分の1つ
*12 プールの消毒薬やトイレ用洗剤に使われる強酸化性物質
*13 厳密にはプロトンの「活量」という値を使用する。適用範囲内ならモル濃度[mol/L]で近似可能。
*14 元々pHは生体内におけるイオン濃度がタンパク質に与える影響を研究するために作られた評価方法なので、1 mol/Lオーバーの高濃度溶液に適用することを想定したものではないので当然ではある。
*15 これまで記述した通り正確には[H3O+]
*16 1気圧，25℃付近での値。中性とは[H+]＝[OH-]となる条件のことなので、水温が変わると水の自己プロトリシス(水分子2分子ががオキソニウムイオンと水酸化物イオンになる反応)の活性度の変化により中性pH値も上下する。1気圧，25℃では[H+][OH-]=10^(-14)となるため、[H+]＝[OH-]のとき[H+]＝[OH-]=10^(-7)となる
*17 水の自己プロトリシスが促進するから。酸・塩基溶液をどんだけ希釈してもpHが中性値を跨がないのはこのため。
*18 プロトンを受け取った後の塩基
*19 おべんとうを暖めるのに使われる酸化カルシウム(CaO)と水の反応熱が約113.6 kJ/gなのと比べれば、相当高いことが分かるだろう。
*20 先述の通り、フッ化水素は希薄水溶液中での挙動は弱酸だが、純度100%であればH0 ≒-11の強酸となる。

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